JP6144579B2 - Ｇｐｓ利用の締固め管理方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明はＧＰＳ利用の締固め管理方法及びシステムに関し，とくに可動腕部材の先端に締固めアタッチメントを装着した作業機械による締固め作業をリアルタイムキネマティックＧＰＳ測量（以下，ＲＴＫ−ＧＰＳ，又は単にＧＰＳということがある）により管理する方法及びシステムに関する。

地盤材料（泥，砂，礫等）やコンクリートを用いて盛土，ダム，道路，堤防その他の構造物を構築する場合に，盛り上げた地盤材料や打設直後のコンクリートに締固め装置で振動を与えて締固める作業が必要となる。例えばコンクリート構造物を構築する場合は，打設したフレッシュコンクリートの内部に未充填部分（空隙）が発生しないように，棒状の高周波コンクリートバイブレータ（非特許文献１の内部振動型バイブレータ）によって打設直後のコンクリートに適当な振動を与え，内部に含まれる気泡や余分な水分を浮かび上がらせて除去する締固め作業を行う。一般に締固め装置の振動範囲は限られており，大規模な構造物を構築する場合は締固め装置を順次移動させながら締固め作業を繰り返す必要がある。例えばバイブレータは挿し込み位置周辺の限られた円筒状範囲（以下，振動伝達径ということがある）にしか振動を伝達することができないので，広い面積に打設されたコンクリート上でバイブレータを適当な挿し込み間隔で順次移動させながら締固め作業を繰り返してコンクリート全体に適切な振動を加える。

しかし，締固め装置による振動済み領域と未振動領域とを目視で見分けることはできないので，大規模な構造物の締固め作業では，締固め装置の不適切な移動により締固め不十分な領域が残るおそれがある。そのため，締固め装置の位置（座標）を自動的に把握して構造物上の締固め状況をコンピュータ上に可視化して表示するシステムが開発されている（特許文献１，２）。例えば特許文献１は，コンクリートを振動するバイブレータの位置を検知する位置検知手段（例えばＧＰＳアンテナ等）と，バイブレータのコンクリート中への挿し込み（接地）を検知する作動検知手段（例えばバイブルレータに流れる電流増加の検知器等）と，その位置検知手段及び作動検知手段の検知信号からバイブレータの挿し込み位置を把握してコンクリート全体の締固め状況を表示するシステムを開示している。必要に応じて，バイブレータの挿し込み位置と共に挿し込み深さを把握し，三次元的な締固め状況を表示することも可能である。

また，大規模な締固め作業の省力化を図るため，作業員の人力による締固め装置の移動に代えて，移動旋回台上に一端が支持された可動腕部材を有する作業機械（例えばバックホウ等）の腕部材先端に締固め装置（締固めアタッチメント）を装着して締固め作業を機械化することがある（図１参照）。そのような作業機械を用いた締固め作業において締固め装置の位置を自動的に把握するためには，例えば２台のＧＰＳアンテナを作業機械に取り付けて，作業機械の位置と共に作業機械の姿勢（旋回向き）を検出する必要がある。特許文献３は，図６に示すように，作業機械１の腕部材３（ブーム５＋アーム６）の先端に締固めアタッチメント７（図示例では転圧プレート３５）を装着したうえで，その腕部材３（ブーム５＋アーム６）に傾斜計３２，３３を取り付けると共に，作業機械１の旋回台２上の腕部材３と反対側部位に２台のＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂを所定間隔で取り付け，２台のＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂの観測信号と傾斜計３２，３３の計測信号とから作業機械１の位置及び姿勢（旋回向き）を把握して腕部材３の先端位置（アタッチメント７の締固め位置）Ｐを算出する締固め管理システムを開示している。図６のシステムにおいて，アタッチメント７をバイブレータに置き換えれば，腕部材３の先端位置からバイブレータの挿し込み位置を把握することも期待できる。

特開２０１３−０５３４９２号公報 特開２０１２−１９３６０１号公報 特開２０１２−０２６１１３号公報

ＪＩＳＡ８６１０ 建設用機械及び装置−コンクリート内部振動機 十河茂幸「コンクリート施工のポイント（２）−コンクリート施工の基本〜打込み・締固めのポイント」ＤＯＢＯＫＵ技士会東京第５２号，２０１２年４月，インターネット（ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏ−ｇｉｓｉ．ｃｏｍ／ｍａｇａｚｉｎｅ／５２／ｄｏｃ０３．ｐｄｆ）

しかし，図６のようにＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂを作業機械１の旋回台２上に取り付ける方法は，腕部材３の先端位置Ｐを十分な精度で検出することができない問題点がある。すなわち，図６の締固め管理システムは，ＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂの観測信号を旋回部位置算出部４４に入力して作業機械１の旋回中心位置と向きベクトルとを算出し，傾斜計３２，３３の計測信号を締固手段位置算出部４３に入力して腕部材３（ブーム５＋アーム６）の長さから旋回中心位置と腕部材先端位置Ｐとの離隔距離を算出し，その向きベクトルと離隔距離とを乗算することにより腕部材３の先端位置Ｐを算出している。しかし，ＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂの観測信号から算出される作業機械１の向きベクトルには誤差が含まれており，傾斜計３２，３３の計測信号から算出される先端位置Ｐの離隔距離にも誤差が含まれているので，その両者を乗算する図６の方法では，離隔距離に応じてＧＰＳによる誤差が拡大されて先端位置Ｐの精度が低下してしまう。

図６のように，締固めアタッチメント７として転圧プレート３５を装着して盛土の法肩部を締固める場合は，先端位置Ｐの検出精度が低下すると転圧プレートを直線状に移動させて連続的に締固めることが難しくなり，法肩ラインを整形する際に法肩ラインが直線として定まらないおそれがある。また，締固めアタッチメント７として比較的小径（例えば断面径２０〜１５０ｍｍ程度）のバイブレータを装着してコンクリート中に挿し込む場合は，腕部材３の先端位置Ｐの算出精度の低下がバイブレータの挿し込み位置の検出誤差に直結するので，コンクリートの未充填部分を発生させる原因となりうる。図６のような作業機械１を用いた締固め作業において法肩ラインの不定やコンクリート未充填部分の発生を防止するためは，作業機械１の腕部材３の先端に装着した締固めアタッチメント７の締固め位置を（必要に応じてバイブレータの挿し込み深さも）精度よく検出することが不可欠である。

そこで本発明の目的は，作業機械を用いた締固め作業において締固め位置を精度よく検出できるＧＰＳ利用の締固め管理方法及びシステムを提供することにある。

図１の実施例を参照するに，本発明によるＧＰＳ利用の締固め管理方法は，移動旋回台２上に一端が支持されたブーム５とそのブーム５の先端に一端が支持されたアーム６とを含む可動腕部材３を有する作業機械１の腕部材先端にヒンジ部６ａを介して振動締固めアタッチメント７を装着し，アーム６上に水平方向の取り付け軸１４を設け，作業機械１の旋回台２にＧＰＳアンテナ１２ａを取り付けると共にアーム６上の取り付け軸１４に常時鉛直上向きとなるようにＧＰＳアンテナ１２ｂを回転自在に枢支し，アーム６上に傾斜計１６を取り付け，作業機械１を締固め域Ｅ内で移送させながら各ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号と傾斜計１６の計測信号とから振動締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標を算出し，振動締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標により締固め域Ｅ上の締固め状況を管理してなるものである。

また図１の実施例を参照するに，本発明によるＧＰＳ利用の締固め管理システムは，移動旋回台２上に一端が支持されたブーム５とそのブーム５の先端に一端が支持されたアーム６とを含む可動腕部材３を有する作業機械１の腕部材先端にヒンジ部６ａを介して装着する振動締固めアタッチメント７，アーム６上に設けた水平方向の取り付け軸１４，作業機械１の旋回台２に取り付けるＧＰＳアンテナ１２ａ，アーム６上の取り付け軸１４に常時鉛直上向きとなるように回転自在に枢支するＧＰＳアンテナ１２ｂ，アーム６上に取り付ける傾斜計１６，及び各ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号と傾斜計１６の計測信号とを入力して振動締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標を算出し且つ振動締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標により締固め域Ｅ上の締固め状況を管理するコンピュータ２０を備えてなるものである。

好ましくは，図示例のように締固めアタッチメント７をコンクリートバイブレータ１０とし，コンピュータ２０により，バイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標とバイブレータ１０の所定振動伝達径Ｄとにより締固め域Ｅ上のコンクリート締固め状況を管理する（図３参照）。例えば図３に示すように，コンピュータ２０により，締固め域Ｅをバイブレータ１０の所定振動伝達径Ｄ以下の大きさのメッシュに分割し且つそのメッシュ毎にバイブレータの振動伝達及び挿し込み深さＴを管理する。

更に好ましくは，図１に示すように，アーム６上のブーム５との接合部５ａに水平方向の取り付け軸１４を設け，その取り付け軸１４にＧＰＳアンテナ１２ｂを常時鉛直上向きとなるように回転自在に枢支する。

本発明によるＧＰＳ利用の締固め管理方法及びシステムは，移動旋回台２とその旋回台２上に一端が支持されたブーム５とそのブーム５の先端に一端が支持されたアーム６とを有する作業機械１の腕部材先端にヒンジ部６ａを介して振動締固めアタッチメント７を装着し，アーム６上に水平方向の取り付け軸１４を設け，作業機械１の旋回台２にＧＰＳアンテナ１２ａを取り付けると共にアーム６上の取り付け軸１４に常時鉛直上向きとなるようにＧＰＳアンテナ１２ｂを回転自在に枢支し，アーム６上に傾斜計１６を取り付け，作業機械１をコンクリート締固め域Ｅ内で移送させながら各ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号と傾斜計１６の計測信号とから振動締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標を算出し，振動締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標により締固め域Ｅ上の締固め状況を管理するので，次の有利な効果を奏する。

（イ）作業機械１に取り付けるＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの間隔を広げると共に一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを腕部材先端に近付けることにより，ＧＰＳによる誤差の拡大を抑えて作業機械１の腕部材先端の締固めアタッチメント７の接地点（例えば，バイブレータ１０の挿し込み位置）Ｐの検出精度を高めることができる。
（ロ）また，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを腕部材３のアーム６へ取り付けることにより，その一方のＧＰＳアンテナ１２ｂの観測信号から締固めアタッチメント７の接地点Ｐの三次元座標を精度よく算出できる。また，締固めアタッチメント７をバイブレータ１０とした場合は，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂの観測信号からバイブレータ１０の挿し込み深さＴも精度よく算出できる。
（ロ）一方のＧＰＳアンテナ１２ｂは締固めアタッチメント７上に直接取り付けることも可能である。また，締固めアタッチメント７から多少離れた腕部材３のアーム６上に取り付けることにより，締固めアタッチメント７の振動・変動等を抑制できるので，ＧＰＳアンテナ１２の誤差を小さく抑えることができる。
（ニ）また，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを腕部材３のアーム６上に取り付けた場合は，腕部材３の変動等により衛星信号の受信障害を生じるおそれもあるが，腕部材３に設けた水平方向の取り付け軸１４上にＧＰＳアンテナ１２ｂを常時鉛直上向きとなるように枢支することにより，衛星信号の受信障害によるＧＰＳアンテナ１２の誤差を抑制できる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明による締固め管理システムの一実施例の説明図である。 本発明による締固め管理システムの他の実施例の説明図である。 締固め域Ｅをメッシュ状に分割して管理する方法の説明図である。 図１の実施例におけるバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標を算出する方法の説明図である。 図２の実施例におけるバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標を算出する方法の説明図である。 作業機械１の腕部材先端位置Ｐを算出する従来方法の説明図である。

図１は，本発明の締固め管理システムを，例えばダム等の構造物を構築する現場の締固め域Ｅに適用した実施例を示す。図示例の作業機械１は，移動部２ａ（キャタピラ）上に載置された旋回台２と，その移動旋回台２に一端が支持された可動腕部材３とを有する油圧ショベル（図示例ではバックホウ）であり，その可動腕部材３の先端に締固めアタッチメント７を取り付けたものである（バイパック（登録商標）とも呼ばれる）。移動旋回台２は運転席４とカウンターウェイト２ｂとを備え，キャタピラ８により締固め域Ｅの任意場所へ移動させ，作業機械１の中心軸線をキャタピラ８上で３６０度旋回させることができる。また可動腕部材３は，旋回台２上に一端が上げ下げ可能に支持されたブーム５と，そのブーム５の先端５ａに一端が支持された曲げ伸ばし可能なアーム６とを備え，そのアーム６の先端６ａに締固めアタッチメント７を取り付けている。ブーム５，アーム６，締固めアタッチメント７は作業機械１の中心軸線に沿って配置されている。

図示例は，締固めアタッチメント７として４本の棒状バイブレータ１０を支持部材１１により平行に支持して装着した場合を示している。例えばダムのように高さのあるコンクリート構造物を構築する場合は，打設したコンクリート中で骨材が沈降して分離しないように，コンクリートＣを所定厚さ（例えば５０〜８０ｃｍ程度）の複数層に分割して打設することが望ましいとされている（非特許文献２参照）。図１の実施例は，複数層に分割して打設する最下層のコンクリートＣの締固め作業を示しており，作業機械１を移動しながらバイブレータ１０の挿し込みを繰り返してコンクリートＣの全体に振動を加えたのち，例えば図２に示すように上層コンクリートＣ２を所定厚さで打ち込み，下層と上層との間にコールドジョイントが生じないようにバイブレータ１０で上下層のコンクリーＣを一体化する締固め作業を繰り返す。以下，図示例を参照して本発明のシステムを説明するが，本発明の適用対象はコンクリートの締固め管理に限定されるものではなく，例えば図６のように締固めアタッチメント７として転圧プレート３５を装着した作業機械１による盛土の締固め管理にも適用可能である。

図示例の締固め管理システムは，作業機械１上に搭載する２台のＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂと，作業機械１の腕部材３に取り付ける傾斜計１６と．各ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号と傾斜計１６の計測信号とを入力して締固め域Ｅ上の締固め状況を管理するコンピュータ２０とを有する。ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂは，移動する作業機械１の三次元座標を精確よく（例えば２０〜５０ｍｍ程度の精度で）測定できるＲＴＫ−ＧＰＳとすることが望ましく，その場合は既知三次元座標の基準点の観測信号（基準信号）を受信しながら各アンテナの取り付け位置の三次元座標を求める。２台のＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂを搭載することにより，図６の場合と同様に，それらの観測信号から作業機械１の向きベクトルＴを求めることができる。

図示例のシステムは，２台のＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂのうち，一方のＧＰＳアンテナ１２ａを作業機械１の旋回台２上に配置し，他方のアンテナ１２ｂを作業機械１の腕部材３又は締固めアタッチメント７（図示例ではバイブレータ１０）上に配置し，両アンテナ１２ａ，１２ｂを作業機械１の中心軸線方向に広い間隔を隔てて取り付けている。図６のように２台のＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂを共に作業機械１の旋回台２上に比較的狭い間隔で配置する方法に比し，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを作業機械１の腕部材３又は締固めアタッチメント７上に配置することにより，後述するように腕部材３の先端Ｐの検出精度を高めることができる。図１の実施例ではＧＰＳアンテナ１２ｂをアーム６上のブーム５との接合部５ａ付近に取り付けているが，図２に示すようにＧＰＳアンテナ１２ｂをバイブレータ１０上に取り付けることも可能である。また，図１の実施例ではＧＰＳアンテナ１２ａを運転席４の後方側（腕部材と反対側）の旋回台２上に取り付けているが，ＧＰＳアンテナ１２ａは運転席４の天井板等に取り付けてもよい。

ただし，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを作業機械１の腕部材３又はバイブレータ１０上に配置する場合は，腕部材３の上下動，曲げ伸ばし，振動等によってＧＰＳアンテナ１２ｂによる衛生信号・基準信号の受信が影響を受け，ＧＰＳアンテナ１２ｂの観測信号の誤差が大きくなるおそれがある。このため，腕部材３又はバイブレータ１０上のＧＰＳアンテナ１２ｂは，腕部材３の上下動，曲げ伸ばし，振動等により影響を受けないように取り付けることが望ましい。例えば，図２に示すようにＧＰＳアンテナ１２ｂをバイブレータ１０上に取り付ける場合は，バイブレータ１０の挿し込み方向と平行な取り付け軸１９を設け，その取り付け軸１９の一端をバイブレータ１０に固定すると共に他端にＧＰＳアンテナ１２ｂを取り付け，腕部材３の上下動，曲げ伸ばし，振動等によってＧＰＳアンテナ１２ｂによる衛生信号・基準信号の受信が遮られないようにする。

望ましくは，図１（Ｃ）に示すように，ＧＰＳアンテナ１２ｂをアーム６上に取り付けると共に，そのアーム６の取り付け部位に水平方向の取り付け軸１４を設け，ＧＰＳアンテナ１２ｂを水平方向の取り付け軸１４に常時鉛直上向きとなるように回転自在に枢支する。例えば，図示例のようにＧＰＳアンテナ１２ｂの下端にウェイト１５を固定し，水平方向の取り付け軸１４をアンテナ１２ｂとウェイト１５との間に回転自在に挿通させ，ウェイト１５によりＧＰＳアンテナ１２ｂの姿勢を常時鉛直上向きとなるように制御することができる。図２のようにＧＰＳアンテナ１２ｂをバイブレータ１０に直接取り付ける場合に比し，バイブレータ１０から多少離れたアーム６上にＧＰＳアンテナ１２ｂを取り付けることにより，バイブレータ１０の振動等によるＧＰＳアンテナ１２ｂの観測信号の誤差を小さく抑えることができる。

図示例の傾斜計１６は，作業機械１の腕部材３上に取り付けたＧＰＳアンテナ１２ｂから腕部材先端までの離隔距離を計測するためものであり，図１のようにＧＰＳアンテナ１２ｂをアーム６上に取り付けた場合は，アーム６上に傾斜計１６を取り付ける。また，図示例のように締固めアタッチメント７（バイブレータ１０）がアーム６の先端６ａに傾斜可能に装着されている場合は，ＧＰＳアンテナ１２ｂから腕部材３の先端（各バイブレータ１０の接地点）までの離隔距離を精度よく計測するため，アーム６上の傾斜計１６だけでなく，アタッチメント７上にも傾斜計１７を取り付けることが望ましい（図４参照）。図２のようにＧＰＳアンテナ１２ｂをバイブレータ１０上に取り付けた場合は，締固めアタッチメント７（バイブレータ１０）上に傾斜計１７を取り付ければ足り，アーム６上の傾斜計１６は省略可能である（図５参照）。

また，図１及び図２のようにＧＰＳアンテナ１２ｂをアーム６又はバイブレータ１０上に取り付けた場合は，ブーム５上の傾斜計を省略できる。ブーム５にも傾斜計３２を取り付ける図６の方法に対し，ＧＰＳアンテナ１２ｂの取り付け位置より後方の傾斜計を必要としない図示例のシステムでは，計測信号に誤差が含まれる傾斜計の数を減らすことにより，腕部材３の先端Ｐの検出精度を高めることができる。なお，本発明のシステムにおいてＧＰＳアンテナ１２ｂをブーム５上に取り付けることも可能であり，その場合はブーム５上にも傾斜計が必要である。また，図６のような向きが固定の転圧プレート３５を締固めアタッチメント７とした場合は，アタッチメント７上の傾斜計１７は不要である。

図示例のコンピュータ２０は，ディスプレイ等の出力装置２６と，一次又は二次記憶装置等の記憶手段２２とを有している。記憶装置２２には，ＧＰＳアンテナ１２の取り付け高さｈ０及び作業機械１上の取り付け位置，作業機械１のアーム６の長さｈ１，バイブレータ１０の長さｈ２，バイブレータ１０の所定振動伝達径Ｄ，コンクリート締固め域Ｅをメッシュに分割したメッシュ図面Ｍ等を記憶する（図３，図４を参照）。また内蔵プログラムとして，ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号と各傾斜計１６，１７の計測信号とを入力する入力手段２１と，その観測信号及び計測信号からバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標を算出する算出手段２３と，算出したバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標とバイブレータ１０の所定振動伝達径Ｄとによりコンクリート締固め域Ｅ上のコンクリートＣの締固め状況を判定する判定手段２４と，その判定結果を出力装置２６へ表示する出力手段２５とを有している。

必要に応じて，バイブレータ１０のコンクリート中への挿し込み（接地）を検知して接地信号を出力する手段（例えばバイブルレータに流れる油圧の変化等から起動のＯＮ・ＯＦＦを検知する手段，図示せず）をコンピュータ２０に接続し，算出手段２３において観測信号及び計測信号と接地信号とからバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標を算出してもよい。バイブレータ１０の接地信号は，作業機械１のオペレータが手動で入力するバイブレータ１０のＯＮ・ＯＦＦスイッチ信号から取得することも可能である。

図４は，図１の実施例におけるバイブレータ１０の接地点Ｐの算出方法を示している。コンピュータ２０の算出手段２３は，先ずＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号と作業機械１上の取り付け位置とに基づき，作業機械１の旋回方向の向きベクトルＴを求め，単位長さの向きベクトルｅ（＝Ｔ／｜Ｔ｜＝（Ｘｅ，Ｙｅ））を算出する。次いで傾斜計１６，１７の計測信号θ１，θ２と作業機械１の腕部材３の長さｈ１，ｈ２とＧＰＳアンテナ１２の取り付け高さｈ０とに基づき，ＧＰＳアンテナ１２ｂとバイブレータ１０の接地点Ｐとの離隔距離を算出する。そして，算出された向きベクトルｅと離隔距離とＧＰＳアンテナ１２ｂの観測信号（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）とから，（１）式〜（３）式によりバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。
Ｘ＝Ｘｂ＋（ｈ１・ｓｉｎθ１＋ｈ２・ｓｉｎθ２）・Ｘｅ …………（１）
Ｙ＝Ｙｂ＋（ｈ１・ｓｉｎθ１＋ｈ２・ｓｉｎθ２）・Ｙｅ …………（２）
Ｚ＝Ｚｂ−（ｈ０＋ｈ１・ｃｏｓθ１＋ｈ２・ｃｏｓθ２） …………（３）

また図５は，図２の実施例におけるバイブレータ１０の接地点Ｐの算出方法を示している。この場合もコンピュータ２０の算出手段２３は，先ずＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号に基づき作業機械１の単位長さの向きベクトルｅ（＝Ｔ／｜Ｔ｜＝（Ｘｅ，Ｙｅ））を算出し，次いで傾斜計１７の計測信号θ２とＧＰＳアンテナ１２ｂの取り付け高さｈ２とに基づきＧＰＳアンテナ１２ｂと接地点Ｐとの離隔距離を算出する。そして，そのベクトルｅと離隔距離とＧＰＳアンテナ１２ｂの観測信号（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）とから，（４）式〜（６）式によりバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。
Ｘ＝Ｘｂ＋ｈ２・ｓｉｎθ２・Ｘｅ ………………………………………（４）
Ｙ＝Ｙｂ＋ｈ２・ｓｉｎθ２・Ｙｅ ………………………………………（５）
Ｚ＝Ｚｂ−ｈ２・ｃｏｓθ２ ………………………………………………（６）

図４及び図５に示す算出方法においても，図６の場合と同様に，２台のＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂの観測信号から算出される作業機械１の向きベクトルｅには誤差が含まれている。しかし，図４及び図５の方法ではＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂを作業機械１の中心軸線方向に広い間隔を隔てて取り付けるので，２台のＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂが比較的狭い図６の方法に比して，向きベクトルｅに含まれる誤差を小さく抑えることができる。また，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを作業機械１の腕部材３又はバイブレータ１０上に配置し，ＧＰＳアンテナ１２ｂと接地点Ｐとの離隔距離の計測に必要な傾斜計の数が少ないので，図６の方法に比して離隔距離に含まれる誤差も小さく抑えることができる。従って，向きベクトルｅと離隔距離との乗算結果に含まれる誤差を小さく抑え，コンクリートの締固めを管理するに十分な精度でバイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標を求めることができる。

具体的には，作業機械１を汎用されているＪＩＳ０．８ｍ^３級バックホウとした場合，旋回台２の幅は３ｍ程度であるから，２台のＧＰＳアンテナ３１ａ，３１ｂを旋回台２上に取り付ける図６の方法では両アンテナの間隔を２．５ｍ程度しか確保できない。他方で可動腕部材３（ブーム５＋アーム６）の長さは作業時に１０ｍ程度であるから，仮にＲＴＫ−ＧＰＳによる水平方向の測定誤差を２５ｍｍ程度とすると，作業機械１の単位向きベクトルｅに含まれる誤差（＝２５ｍｍ／２．５ｍ）とＧＰＳアンテナから腕部材先端までの離隔距離（＝１０ｍ）との積は１００ｍｍ（＝１０ｍ×２５ｍｍ／２．５ｍ）程度となる。従って，図６の方法では，接地点Ｐの三次元座標に含まれる誤差が，ＲＴＫ−ＧＰＳの測定誤差に１００ｍｍ程度が加算されたものとなる。

これに対して，図４及び図５の算出方法では，ＧＰＳアンテナ１２ａ，１２ｂと接地点Ｐとの位置関係にもよるが，仮に両アンテナの間隔を８ｍ程度とし，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂと接地点Ｐとの離隔距離を２ｍ程度とすると，作業機械１の単位向きベクトルｅに含まれる誤差（＝２５ｍｍ／８ｍ）とＧＰＳアンテナから腕部材先端までの離隔距離（＝２ｍ）との積は６ｍｍ（＝２ｍ×２５ｍｍ／８ｍ）程度となる。従って，接地点Ｐの三次元座標を算出する際に，ＲＴＫ−ＧＰＳの測定誤差に加算される誤差を６ｍｍ程度に抑制することができる。また，以上の説明から，図４及び図５の方法において接地点Ｐに含まれる誤差を更に抑制するためには，一方のＧＰＳアンテナ１２ｂの取り付け位置をできるだけ接地点Ｐに近付けることが好ましいことが分かる。なお，図２に示すように一方のＧＰＳアンテナ１２ｂを締固めアタッチメント７（バイブレータ１０）上に取り付けた場合でも，複数のバイブレータ１０の方向を算出するために，旋回台２上の他方のＧＰＳアンテナ１２ａは必要である。

図３は，コンピュータ２０の判定手段２４により，バイブレータ１０の接地点Ｐの三次元座標とバイブレータ１０の所定振動伝達径Ｄとから，コンクリート締固め域Ｅ上のコンクリートＣの締固め状況を判定する処理を示す。同図は，コンクリート締固め域Ｅを，バイブレータ１０の所定振動伝達径Ｄ（例えば６００ｍｍ）以下の大きさのメッシュ（例えば５００ｍｍメッシュ）に分割したメッシュ図面Ｍを示す。例えば算出手段２３により算出されたバイブレータ１０の接地点Ｐの平面座標（例えばＸＹ座標）をメッシュ図面上にプロットし，その接地点Ｐを中心とする振動伝達径Ｄの円をメッシュ図面上に割り付けることにより，締固め域Ｅ上のコンクリートＣの振動状況をメッシュ毎に把握して管理することができる。例えば，コンピュータ１０の出力装置２６を作業機械１の運転席４に設置し，図３のようなメッシュ図面Ｍを出力手段２５経由で運転席４の視認しやすい場所に表示し，作業機械１のオペレータにコンクリートＣの振動済み領域と未振動領域とを示すことにより，締固め域Ｅ上のコンクリートＣ全体に適切な振動を加えることが容易になる。

また，図４及び図５の算出方法によれば，バイブレータ１０の接地点Ｐの平面座標だけでなく，接地点Ｐの深さ方向座標（例えばＺ座標）も精度よく算出することがきる。従って，コンピュータ２０の判定手段２４により，締固め域Ｅ上におけるバイブレータ１０の挿し込み位置（振動伝達位置）だけでなく挿し込み深さＴをメッシュ毎に把握して管理することも可能である。例えば，コンクリートＣを複数層に分割して打設する場合は，下層と上層との間にコールドジョイントが生じないように，上層コンクリーＣに挿し込むバイブレータ１０を下層コンクリートに１０ｃｍ程度挿入することにより，上下層のコンクリートＣを一体化することが必要とされている（非特許文献２参照）。図３のようなメッシュ図面Ｍにおいて，例えばコンピュータ１２０の記憶手段２２に打設するコンクリートＣの各層の所定標高範囲（ＥＬ）を記憶しておき，接地点Ｐの深さ方向座標と各層の所定標高範囲とを比較することにより，メッシュ毎にバイブレータ１０の挿し込み深さＴを管理することができる。また，バイブレータ１０で一定時間以上の振動を加えた挿し込み深さＴをメッシュ毎に色分け表示することにより，締固め域Ｅ上の複数層に分割された上下層のコンクリートＣの確実な一体化を図ることができる。

こうして本発明の目的である「作業機械を用いた締固め作業において締固め位置を精度よく検出できるＧＰＳ利用の締固め管理方法及びシステム」の提供を達成できる。

１…作業機械 ２…旋回台
２ａ…移動部（キャタピラ） ２ｂ…カウンターウェイト
３…可動腕部材 ４…運転席
５…ブーム ５ａ…接合部（ヒンジ部）
６…アーム ６ａ…接合部（ヒンジ部）
７…アタッチメント
１０…バイブレータ １１…支持部材
１２ａ，１２ｂ…ＧＰＳアンテナ １４…取り付け軸
１５…ウェイト １６，１７…傾斜計
１９…取り付け軸
２０…コンピュータ ２１…入力手段
２２…記憶手段 ２３…算出手段
２４…判定手段 ２５…出力手段
２６…出力装置（ディスプレイ）
３１ａ，３１ｂ…ＧＰＳアンテナ ３２…転圧プレート
４０…コンピュータ ２１…入力手段
２２…記憶手段 ２３…算出手段
２４…判定手段 ２５…出力手段
２６…出力装置（ディスプレイ）
３１ａ，３１ｂ…ＧＰＳアンテナ ３２，３３…傾斜計
３５…転圧プレート
４１…位置計測手段 ４２…位置計測機
４３…締固手段位置算出部 ４４…旋回部位置算出部
４５…管理手段 ４６…締固時間計算部
４７…締固め時間積算部 ４８…管理表示部
Ｅ…締固め域 Ｃ…コンクリート
Ｄ…振動伝達径 Ｍ…メッシュ図面
Ｐ…接地点 Ｓ…測量点
Ｔ…挿し込み深さ

Claims (8)

1. 移動旋回台上に一端が支持されたブームと当該ブーム先端に一端が支持されたアームとを含む可動腕部材を有する作業機械の当該腕部材先端にヒンジ部を介して振動締固めアタッチメントを装着し，前記アーム上に水平方向の取り付け軸を設け，前記作業機械の旋回台にＧＰＳアンテナを取り付けると共に前記アーム上の取り付け軸に常時鉛直上向きとなるようにＧＰＳアンテナを回転自在に枢支し，前記アーム上に傾斜計を取り付け，前記作業機械を締固め域内で移送させながら前記各ＧＰＳアンテナの観測信号と前記傾斜計の計測信号とから振動締固めアタッチメントの接地点の三次元座標を算出し，前記振動締固めアタッチメントの接地点の三次元座標により締固め域上の締固め状況を管理してなるＧＰＳ利用の締固め管理方法。
2. 請求項１の管理方法において，前記振動締固めアタッチメントをコンクリートバイブレータとし，前記バイブレータの接地点の三次元座標と当該バイブレータの所定振動伝達径とにより締固め域上のコンクリート締固め状況を管理してなるＧＰＳ利用の締固め管理方法。
3. 請求項２の管理方法において，前記締固め域を前記バイブレータの所定振動伝達径以下の大きさのメッシュに分割し且つ当該メッシュ毎にバイブレータの振動伝達及び挿し込み深さを管理してなるＧＰＳ利用の締固め管理方法。
4. 請求項１から３の何れかの管理方法において，前記水平方向の取り付け軸を，前記アーム上のブームとの接合部に設けてなるＧＰＳ利用の締固め管理方法。
5. 移動旋回台上に一端が支持されたブームと当該ブーム先端に一端が支持されたアームとを含む可動腕部材を有する作業機械の当該腕部材先端にヒンジ部を介して装着する振動締固めアタッチメント，前記アーム上に設けた水平方向の取り付け軸，前記作業機械の旋回台に取り付けるＧＰＳアンテナ，前記アーム上の取り付け軸に常時鉛直上向きとなるように回転自在に枢支するＧＰＳアンテナ，前記アーム上に取り付ける傾斜計，及び前記各ＧＰＳアンテナの観測信号と前記傾斜計の計測信号とを入力して振動締固めアタッチメントの接地点の三次元座標を算出し且つ前記振動締固めアタッチメントの接地点の三次元座標により締固め域上の締固め状況を管理するコンピュータを備えてなるＧＰＳ利用の締固め管理システム。
6. 請求項５の管理システムにおいて，前記振動締固めアタッチメントをコンクリートバイブレータとし，前記コンピュータにより，前記バイブレータの接地点の三次元座標と当該バイブレータの所定振動伝達径とにより締固め域上のコンクリート締固め状況を管理してなるＧＰＳ利用の締固め管理システム。
7. 請求項５又は６の管理システムにおいて，前記コンピュータにより，前記締固め域を前記バイブレータの所定振動伝達径以下の大きさのメッシュに分割し且つ当該メッシュ毎にバイブレータの振動伝達及び挿し込み深さを管理してなるＧＰＳ利用の締固め管理システム。
8. 請求項５から７の何れかの管理システムにおいて，前記水平方向の取り付け軸を，前記アーム上のブームとの接合部に設けてなるＧＰＳ利用の締固め管理システム。